Степень сжатия двигателя это: Что такое степень сжатия?

Содержание

Что такое степень сжатия в двигателе и от чего она зависит?

Каждый автомобильный двигатель имеет несколько характеристик, описывающих его возможности (объем, мощность и пр.). Одна из них — степень сжатия. Это одна из основных его характеристик.

Разберемся, что такое степень сжатия (CR — compression ratio) в двигателе, для чего она нужна, от чего она может зависеть и как ее рассчитать.

Что такое степень сжатия в двигателе автомобиля?

Степень сжатия — это параметр (характеристика) двигателя автомобиля, который рассчитывается по соотношению полного объема цилиндра (от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки хода поршня) к объему камеры сгорания. То есть вот такой большой полный объем цилиндра, заполненный топливной смесью, поршень может поджать в маленький объем камеры сгорания. У каждой модели двигателя степень сжатия разная.

Считается, что чем выше степень сжатия в двигателе, тем выше его КПД и мощностные характеристики. Все потому, что от нее непосредственно зависят основные параметры наиболее эффективного сгорания топливной смеси — давление и температура. Теоретически это правильно, но на практике производителям двигателей приходится столкнуться с целым рядом ограничений при попытке ее увеличить. Так как величина степени сжатия оказывается зависит от нескольких факторов. Перечислим их.

От чего зависит степень сжатия в двигателе?

1. От температуры топливной смеси на такте сжатия.

При сжатии поршнем топливной смеси (рабочей смеси) в камере сгорания растет давление, а вместе с ним, естественным образом, растет и ее температура. При достижении 450-600 градусов Цельсия топливная смесь самовоспламеняется (без участия искры на свече). Происходит так называемое детонационное сгорание. То есть объемный взрыв с детонационной волной, распространяющейся со скоростью более 1500 м/с (при норме распространения горения 40-80 м/с). Такая волна ломает перегородки поршней, разрушает тарелки клапанов, приводит к появлению трещин в головке блока и пр. То есть, детонация при повышении температуры топливной смеси, недопустима и это является существенным ограничением для увеличения степени сжатия в двигателе.

Но, если топливную смесь несколько охладить в начале такта сжатия, то температуру начала возникновения детонационного сгорания можно несколько отодвинуть. Например, этого удается достигнуть в двигателях с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания. У таких двигателей степень сжатия выше.

2. Частота вращения коленчатого вала двигателя.

Чем дольше топливная смесь находится под действием высокой температуры, тем скорее и вернее возникнет детонация. То есть, чем выше частота вращения коленчатого вала, тем меньше склонность к детонации. Значит, в высокооборотистых двигателях, степень сжатия можно сделать выше, чем в низкооборотистых.

3. Размер камеры сгорания в двигателе.

Когда фронт пламени от свечи зажигания распространяется по камере сгорания, то в ее отдаленных участках происходит дожатие еще несгоревшей топливной смеси. И это равнозначно увеличению степени сжатия. Если камера сгорания небольшая, то дожатие больше — степень сжатия выше и соответственно камера сгорания больше — дожатие ниже, степень сжатия ниже. Следовательно, двигатели с меньшими камерами сгорания будут иметь более высокую степень сжатия.

4. Химический состав топлива.

Момент возникновения детонации сильно зависит от состава топливной смеси на которой работает двигатель. Так высокооктановое топливо менее склонно к ее появлению, а низкооктановое более. Из этого следует, что в двигателях с высокой степенью сжатия необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, стойкий к самовоспламенению в условиях высокого давления и температуры.

Таким образом становится очевидно, что степень сжатия в двигателе автомобиля и соответственно его мощность напрямую зависит от того насколько дальше отодвинут порог возникновения детонации топлива. Высокооборотистый двигатель с малым рабочим объемом цилиндра, работающий на высокооктановом топливе будет иметь более высокую степень сжатия. Но в любом случае степень сжатия в двигателе внутреннего сгорания не превышает показатель 12.

Как рассчитывается степень сжатия двигателя?

Степень сжатия рассчитывается по определенной формуле. Каких-либо единиц измерения степени сжатия нет. Просто число.

Формула расчета степени сжатия двигателя автомобиля

Примеры величины степени сжатия некоторых двигателей, рассматриваемых на нашем сайте.

Двигатель 2103 (1,45 л) автомобилей ВАЗ 2104, 2105, 2106, 2107 — степень сжатия 8,5.

Двигатель 21213 (1,7 л) автомобиля Нива 21213 (карбюратор) — степень сжатия 9,3.

Двигатель 21083 (1,5 л) автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099 — степень сжатия 9,9.

Двигатель 11183 (1,6 л) автомобилей ВАЗ 2113, 2114, 2115 — степень сжатия 9,8.

Двигатель k7j (1,4 л) автомобиля Рено Логан первого поколения — степень сжатия 9,5.

Примечания и дополнения

— На двигателях с наддувом температура и давление в начале такта сжатия выше (так как турбина позволяет увеличить массу топливной смеси в цилиндре). В связи с этим есть риск получить к концу такта сжатия превышение порога ее детонационного сгорания. Поэтому степень сжатия на таких двигателях ниже, чем на двигателях без наддува. Хотя ее пытаются повысить за счет установки охладителя — интеркулера на входе воздуха.

— У дизельных двигателей степень сжатия выше чем у бензиновых (не менее 14-15), так как там в цилиндрах сжимается чистый воздух, а не топливная смесь. И его, наоборот, нужно нагреть до высокой температуры (более 600 градусов). После чего в нагретый воздух впрыскивается под давлением топливо (солярка). Топливная смесь, таким образом, образуется непосредственно внутри камеры сгорания. Ее самопроизвольное воспламенение происходит, когда будет впрыснуто уже около 30 процентов топлива.

— Степень сжатия не зависит от компрессии, а компрессия рассчитывается с учетом степени сжатия.

— Первый практически пригодный двигатель, построенный французским механиком Этьеном Ленуаром в 1860 году не имел ни какой степени сжатия. Его КПД был очень низким (0,5). И лишь после того как Кельнский механик Николай Отто в 1877 году придумал как поджать топливную смесь, эффективность двигателя резко повысилась. В последствии идею сжимать топливо перед поджигом стали широко использовать другие механики в своих двигателях.

Еще статьи по автомобильным двигателям

— Что такое большой и малый круг системы охлаждения двигателя?

— Нормы компрессии для отдельных двигателей автомобилей ВАЗ

— Шесть признаков скорого капитального ремонта двигателя автомобиля

— «Масляное голодание» двигателя автомобиля, причины и последствия

— Дизелинг двигателя автомобиля, как с ним бороться и победить?

— Калильное зажигание на двигателях автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

Подписывайтесь на нас!

Изменение степени сжатия. Автотранспортные средства. Эксплуатация автомобилей. Электронная библиотека учебных материалов. Чертежи, пояснительные записки, методические указания, книги и др. Бесплатно!

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания тесно связана с к.п.д. В бензиновых двигателях степень сжатия ограничивается областью детонационного сгорания. Эти ограничения имеют особое значение для работы двигателя на полных нагрузках, в то время как на частичных нагрузках высокая степень сжатия не вызывает опасности детонации. Для увеличения мощности двигателя и повышения экономичности желательно снижать степень сжатия, однако если степень сжатия будет малой для всех диапазонов работы двигателя, это приведет к снижению мощности и увеличению расхода топлива на частичных нагрузках. При этом значения степени сжатия, как правило, выбираются намного ниже тех величин, при которых достигаются наиболее экономичные показатели работы двигателей. Заведомо ухудшая экономичность двигателей, это обстоятельство особенно сильно проявляется при работе на частичных нагрузках. Между тем, снижение наполнения цилиндров горючей смесью, увеличение относительного количества остаточных газов, уменьшение температуры деталей и т.п. создают возможности для повышения степени сжатия при частичных нагрузках с целью повышения экономичности двигателя и увеличения его мощности. Чтобы решить такую компромиссную задачу, разрабатываются варианты двигателей с изменяющейся степенью сжатия.

Повсеместное применение в конструкциях двигателей систем наддува сделало направление этой работы еще более актуальным. Дело в том, что при наддуве значительно увеличиваются механические и тепловые нагрузки на детали двигателя, в связи с чем их приходится усиливать, повышая массу всего двигателя в целом. При этом, как правило, срок службы деталей, работающих при более нагруженном режиме, сокращается, а надежность двигателя снижается. В случае перехода на переменную степень сжатия рабочий процесс в двигателе при наддуве можно организовать так, что за счет соответствующего снижения степени сжатия при любых давлениях наддува максимальные давления рабочего цикла (т.е. эффективность работы) будут оставаться неизменными или будут изменяться незначительно. При этом, несмотря на увеличение полезной работы за цикл, а, следовательно, и мощности двигателя, максимальные нагрузки на его детали могут не увеличиваться, что позволяет форсировать двигатели без внедрения изменений в их конструкцию.

Очень существенным для нормального протекания процесса сгорания в двигателе с изменяющейся степенью сжатия является правильный выбор формы камеры сгорания, обеспечивающей наиболее короткий путь распространения пламени. Изменение фронта распространения пламени должно быть очень оперативным, чтобы учитывать различные режимы работы двигателя при эксплуатации автомобиля. Учитывая применение дополнительных деталей в кривошипно-шатунном механизме, необходимо также разрабатывать системы с малым коэффициентом трения, чтобы не потерять преимуществ при применении изменяющейся степени сжатия.

Один из наиболее распространенных вариантов двигателя с изменяющейся степенью сжатия показан на рис. 1

Рисунок 1 — Схема двигателя с изменяющейся степенью сжатия:

1 – шатун; 2 – поршень; 3 – эксцентриковый вал; 4 — дополнительный шатун; 5 – шатунная шейка коленчатого вала; 6 – коромысло

На частичных нагрузках дополнительный шатун 4 занимает крайнее нижнее положение и поднимает зону рабочего хода поршня. Степень сжатия при этом максимальна. При высоких нагрузках эксцентрик на валу 3 поднимает ось верхней головки дополнительного шатуна 4. При этом увеличивается надпоршневой зазор и уменьшается степень сжатия.

В 2000 году в Женеве был представлен экспериментальный бензиновый двигатель фирмы SAAB с изменяемой степенью сжатия. Его уникальные особенности позволяют достигать мощности в 225 л.с. при рабочем объеме в 1,6 л. и сохранять расход топлива сравнимого с вдвое меньшим двигателем. Возможность бесшагового изменения рабочего объема позволяет двигателю работать на бензине, дизельном топливе или на спирте.

Цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок, т. е. единым блоком, а не раздельно как у обычных двигателей (рис. 2). Отдельный блок представляет собой также блок-картер и шатунно-поршневая группа. Моноблок может перемещаться в блок-картере. Левая сторона моноблока при этом опирается на расположенную в блоке ось 1, служащую шарниром, правая сторона может приподниматься или опускаться при помощи шатуна 3 управляемого эксцентриковым валом 4. Для герметизации моноблока и блок-картера предусмотрен гофрированный резиновый чехол 2.

Рисунок 2 — Двигатель с изменяющейся степенью сжатия SAAB:

1 – ось; 2 – резиновый чехол; 3 – шатун; 4 – эксцентриковый вал.

Степень сжатия изменяется при наклоне моноблока относительно блок-картера посредством гидропривода при неизменном ходе поршня. Отклонение моноблока от вертикали приводит к увеличению объема камеры сгорания, что вызывает снижение степени сжатия.

При уменьшении угла наклона степень сжатия повышается. Максимальная величина отклонения моноблока от вертикальной оси – 4%.

На минимальной частоте вращения коленчатого вал и сбросе подачи топлива, а также при малых нагрузках, моноблок занимает самое нижнее положение, в котором объем камеры сгорания минимален (степень сжатия – 14). Система наддува отключается, и воздух поступает в двигатель напрямую (рис. 3а).

Под нагрузкой, за счет поворота эксцентрикового вала, шатун отклоняет моноблок в сторону, и объем камеры сгорания увеличивается (степень сжатия – 8). При этом сцепление подключает нагнетатель, и воздух начинает поступать в двигатель под избыточным давлением (рис. 3б).

Рисунок 3 — Изменение подачи воздуха в двигатель SAAB при различных режимах:

а – на малой частоте вращения коленчатого вала; б – на нагрузочных режимах.

Оптимальная степень сжатия рассчитывается блоком управления электронной системы с учетом частоты вращения коленчатого вала, степени нагрузки, вида топлива и др. параметров.

В связи с необходимостью быстрого реагирования на изменение степени сжатия в данном двигателе пришлось отказаться от турбокомпрессора в пользу механического наддува с промежуточным охлаждением воздуха с максимальным давлением наддува 2,8 кгс/см2.

Расход топлива для разработанного двигателя на 30% меньше, чем у обычного двигателя такого же объема, а показатели по токсичности отработавших газов соответствуют действующим нормам.

Что такое степень сжатия двигателя?

. 04.2021 98,1 тыс. просмотров

[WapCar] Для двигателя внутреннего сгорания отношение объема камеры сгорания, когда поршень находится в нижней части своего хода (максимальный объем цилиндра), к объему камера сгорания, когда поршень находится в верхней части своего хода (минимальный объем цилиндра) — это степень сжатия двигателя. Это соотношение показывает, насколько сжата воздушно-топливная смесь в цилиндре.

Степень сжатия является фундаментальной характеристикой эффективности двигателя. Для безнаддувного двигателя, независимо от других факторов, увеличение степени сжатия означает увеличение производительности и эффективности двигателя. Но она не может быть слишком высокой, потому что чрезмерная степень сжатия вызовет детонацию в бензиновых двигателях, что сильно сокращает срок службы двигателя, поэтому часто требуется топливо с высоким октановым числом, чтобы уменьшить вероятность детонации двигателя.

Степень сжатия для безнаддувных двигателей в настоящее время составляет около 10,5 : 1. Некоторые двигатели Mazda SkyActiv имеют степень сжатия до 14 : 1, но по-прежнему работают на топливе с обычным октановым числом (например, с октановым числом 95). Поэтому двигатели с высокой степенью сжатия не всегда требуют топлива с высоким октановым числом, в зависимости от специальной конструкции некоторых систем (например, выхлопной) и конкретных регулировок.

Не удалось найти ответ?

3 9

Всасывание, хлюпание, удар, выдувание, часть 3.

Степень сжатия и соотношение воздух-топливо

Всасывание, сжатие, удар, выдувание, часть 3. Степень сжатия и соотношение воздух-топливо

Опубликовано 12 июля 2010 г.

Майк Кодзима 9

Майк Кодзима

Работает 4-тактный цикл. Теперь мы собираемся разобрать пару общих и очень важных терминов, которые вы будете постоянно слышать при обсуждении двигателей, которые вы должны понимать, если собираетесь успешно настраивать или подбирать детали для своего двигателя. Эта информация также может помочь уберечь вас от обмана фиктивными спидшопами. Это также может помочь предотвратить вас от неправильного направления со стороны SPE, FFF и других типов ламео-гуру, обитающих на различных форумах и онлайн-ресурсах.

Для просмотра первой части нажмите здесь!

Для просмотра второй части этой серии нажмите здесь!

Степень сжатия

Это очень важный термин, который часто используется, когда говорят о двигателях. Степень сжатия — это отношение объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке своего хода, к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке своего хода. Коэффициент сжатия описывается как числовой коэффициент.

Степень сжатия – это отношение объемов цилиндров в верхней и нижней мертвых точках.

Степень сжатия зависит от объема камеры сгорания головки блока цилиндров, формы днища поршня (выпуклая, выпуклая, плоская), толщины прокладки головки блока цилиндров и высоты деки блока (влияет на положение поршень в отверстии в ВМТ).

Мы покажем вам влияние различных объемов купола поршня на степень сжатия различных кованых поршней JE и Arias для двигателя Nissan SR20DE. Это кованая копия штатного поршня Nissan. Его степень сжатия составляет 9,5:1. В нем есть небольшое блюдо.

Чем выше степень сжатия, тем более плотно упакованы молекулы топлива и воздуха, когда смесь воспламеняется свечой зажигания, это вызывает более мощный взрыв, вызывая более бурную реакцию , которая производит больше мощности. Более высокое сжатие увеличивает степень расширения взрывающегося горячего газа, что означает, что больше энергии воздействует на верхнюю часть поршня, сильнее толкая его вниз, создавая большую мощность. Увеличение степени сжатия улучшает тепловой КПД двигателя, и это основная причина, по которой более высокая степень сжатия увеличивает мощность. Улучшение теплового КПД улучшает экономию топлива за счет получения большей мощности от того же количества топлива и уменьшения площади поверхности камеры сгорания до объема. Это означает меньше потерь теплоты сгорания и большее расширение, используемое для перемещения поршня вниз.

Поршень с плоской вершиной без тарелки имеет степень сжатия 10:1 в SR20DE.

Повышение степени сжатия также увеличивает объемный КПД двигателя. Объемный КПД или VE для краткости — это измерение того, насколько хорошо двигатель может перемещать воздушно-топливную смесь в цилиндры двигателя и из них. VE — это процент заряда смеси, который динамически поступает в цилиндр во время такта впуска, по сравнению с фактическим рабочим объемом цилиндра. Говорят, что чем выше процент, тем более объемным является двигатель. Чем больше воздуха и топлива всасывается в двигатель, тем большую мощность он будет производить. Повышение степени сжатия увеличивает количество всасывания двигателя на такте впуска, что увеличивает VE. Увеличение может составлять несколько процентов, что может быть значительным в общем увеличении мощности.

9000 Этот термин является неправильным, поскольку не существует такой вещи, как динамическая степень сжатия, за исключением странного Saab и исследовательских двигателей, где степень сжатия можно изменить на лету.

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт

Эта версия поршня с высоким куполом имеет степень сжатия около 13:1